در تولید و استفاده از لیزر ، کشف و توصیف کیفیت پرتو اجتناب ناپذیر است. M2 و BPP دو کمیت فیزیکی متداول هستند که کیفیت پرتوهای لیزر را بیان می کنند. M2 و BPP بر اساس یک مفهوم فیزیکی مشتق شده اند ، بنابراین می توان آنها را به یکدیگر تبدیل کرد.
دلیل اهمیت کیفیت پرتو این است که یک مقدار فیزیکی کلیدی برای قضاوت در مورد کیفیت لیزر و اینکه آیا می توان با دقت لیزر پردازش کرد ، است. برای بسیاری از انواع لیزرهای خروجی تک حالته ، لیزرهای با کیفیت بالا معمولاً دارای کیفیت پرتوی بالایی هستند که مربوط به M2 بسیار کوچک مانند 1.05 یا 1.1 است. و لیزر می تواند کیفیت پرتو خوبی را در طول عمر خود حفظ کند و مقدار M2 تقریباً بدون تغییر است. برای ماشینکاری دقیق لیزر ، یک پرتو لیزر با کیفیت پرتو بالا برای شکل دهی مناسب تر است ، در نتیجه ماشینکاری لیزر مسطح بدون آسیب رساندن به بستر و بدون اثرات حرارتی انجام می شود. در استفاده واقعی ، هنگام علامت گذاری مشخصات لیزر ، M2 بیشتر برای لیزرهای حالت جامد و لیزرهای گازی استفاده می شود ، در حالی که BPP بیشتر برای لیزرهای فیبر استفاده می شود.
چگونه کیفیت پرتو را کالیبره کنیم؟ کیفیت پرتو توصیف لیزر معمولاً با دو پارامتر بیان می شود: BPP و M². M² نیز اغلب به صورت M2 نوشته می شود که می توان آن را به صورت M مربع یا M2 خواند. شکل زیر توزیع طولی پرتو گاوسی است ، جایی که شعاع کمر پرتو W و زاویه واگرایی میدان دور نیم زاویه θ است.
BPP (محصول پارامتر پرتو) به عنوان شعاع دور کمر پرتو angle زاویه واگرایی میدان دور تعریف می شود
BPP=W × θ
زاویه واگرایی نیمه میدان پرتو گوس:
θ0=λ/ΠW0
M²: نسبت محصول پارامتر پرتو به محصول پارامتر پرتو حالت بنیادی پرتو گوسی:
M2=（W × θ） / （W0 × θ0）=BPP / （λ / Π
یافتن فرمول فوق دشوار نیست ، جایی که BPP هیچ ارتباطی با طول موج ندارد و فاکتور M² نیز مربوط به طول موج لیزر است. آنها عمدتا به طراحی حفره لیزر و دقت مونتاژ مربوط می شوند.
مقدار عامل M² بی نهایت نزدیک به 1 است ، که نشان دهنده نسبت داده واقعی و داده ایده آل است. وقتی داده واقعی به داده ایده آل نزدیکتر باشد ، کیفیت پرتو بهتر است. یعنی وقتی فاکتور M² به 1 نزدیکتر شود ، کیفیت پرتو بهتر است ، مربوطه هرچه زاویه واگرایی کوچکتر باشد.
برای تجزیه و تحلیل کیفیت پرتو ، عمدتا به اندازه گیری به تجزیه و تحلیل پرتو بستگی دارد. آنالیز کننده کیفیت پرتو می تواند اندازه گیری های دقیق را انجام دهد ، اما استفاده از آنالیز کننده نقطه ای نیاز به عملیات پیچیده ، جمع آوری داده های مقطع لیزر از موقعیت های مختلف و سپس سنتز داده های M² از طریق برنامه داخلی&# 39 دارد. اگر در فرآیند نمونه برداری خطاهای عملیاتی یا خطاهای اندازه گیری وجود داشته باشد ، نمی توانید مقدار M² را اندازه گیری و تحلیل کنید. برای اندازه گیری توان بالا ، یک سیستم میرایی ضعیف برای نگه داشتن توان لیزر در محدوده قابل اندازه گیری لازم است تا از آسیب رسیدن به سطح تشخیص دستگاه به دلیل قدرت بیش از حد جلوگیری کند.
با توجه به شکل فوق ، می توان هسته فیبر و دیافراگم عددی را تخمین زد. برای لیزرهای الیاف ، شعاع کمر پرتو ω0=قطر هسته فیبر / 2=R ، θ=sinα=α=NA (دیافراگم عددی فیبر)
از این می توان نتیجه گرفت:
هرچه BPP کوچکتر باشد ، کیفیت اشعه لیزر نیز بهتر است.
برای لیزر فیبر 1.08um ، حالت بنیادی واحد M2=1 ، BPP=λ / Π=0.344 میلی متر درجه
برای لیزر 10.2um CO2 ، حالت بنیادی منفرد M2=1 ، BPP=3.38 میلی متر درجه
با فرض اینکه لیزر دو حالت بنیادی منفرد (یا مولتی مد M2 یکسان باشد) ، زاویه واگرایی یکسان است ، پس قطر کانونی لیزر CO2 10 برابر لیزر فیبر است.
هرچه M² به 1 نزدیکتر باشد ، کیفیت پرتو لیزر بهتر است.
وقتی پرتوی لیزر در یک توزیع گاوسی یا نزدیک به گاوسی باشد ، هرچه ضریب M² به 1 نزدیکتر باشد ، لیزر واقعی به لیزر ایده آل گوسی نزدیک تر است و کیفیت پرتو نیز بهتر است.